Микроскопические и оптические методы определения качества древесины (90

Древесину пихты легко отличить от древесины других хвойных пород отсутствием смоляных ходов и наличием в поле перекреста двух — четырех таксодиоидных пор. Переход ранних трахеид в поздние в пределах годичного слоя, как правило, постепенный. Сердцевинные лучи однорядные,

многослойные (от 4 - 20 слоев).

Таким образом, основными диагностическими признаками при определении породного состава древесины хвойных пород являются: строение,

форма и число пор на поле перекреста сердцевинных лучей с трахеидами;

присутствие или отсутствие в древесине смоляных ходов; однорядное или двурядное расположение окаймленных пор. Диагностические признаки наиболее легко установить на радиальном срезе, но лучше рассматривать все три среза.

1.6 Методика исследования срезов древесины лиственных пород

Древесина лиственных пород по сравнению с древесиной хвойных имеет наиболее сложное строение (рисунок 1.4). Механическую функцию выполняют волокна либриформа и волокнистые трахеиды. Водопроводящие ткани состоят из сосудов и сосудистых трахеид. Паренхимные клетки образуют сердцевинные лучи и вертикальную (тяжевую) паренхиму. В древесине лист венных пород (умеренной климатической зоны) отсутствуют смоляные ходы.

Волокна либриформа представляют собой мертвые, сильно вытянутые по длине прозенхимные клетки с заостренными концами и толстыми одревесневшими стенками (см. рисунок 1.2, г). Длина волокон либриформа колеблется от 0,3 до 2,6 мм. Поры на стенках немногочисленные, узкие,

щелевидные. Наличие большего или меньшего числа волокон либриформа в древесине определяет ее твердость и плотность.

21

Поперечный

Рис. 1.4. Схема анатомического строения древесины березы

Сосуды представляют собой трубки длиной около 2 см, а в отдельных породах до 10 см и более. Сосуды состоят из элементарных сосудов (члеников),

разделенных между собой перфорационными пластинками. Тип перфорационных пластинок (простая или лестничная) является постоянным и характерным для каждой породы и может служить для их распознавания (см.

рисунок 1.2, в, д) У отдельных видов (липы, дуба, ясеня) крупные сосуды (d —

0,2...0,5 мкм) расположены в ранней древесине в один, два, три ряда кольцом вдоль границы годичного слоя. Поэтому их древесину называют кольцесосудистой или кольцепоровой. У березы, осины, ольхи, ивы крупных сосудов нет, а мелкие (t/2 = 0,016...0,2 мкм) располагаются равномерно по всему годичному слою радиальными группами по два-три и больше. Древесину этих пород относят к типу рассеянно-сосудистой. Диагностическое значение имеют также форма и размеры пор в стенках сосудов.

22

Волокнистые и сосудистые трахеиды лиственных пород, в отличие от трахеид хвойных пород, имеют меньшую длину, редко превышающую 0,5 мм.

От волокон либриформа они отличаются более заметной полостью, меньшей толщиной оболочки, а также наличием мелких окаймленных пор. Сосудистые трахеиды имеют большую полость и большее число пор, чем волокнистые, и

выполняют водопроводящую роль.

Паренхимные клетки в древесине лиственных пород образуют, кроме сердцевинных лучей, вертикальную (тяжевую) паренхиму, располагающуюся обычно около крупных сосудов и являющуюся запасающей тканью. Клетки паренхимы имеют форму удлиненных четырехгранных призм. Обычно эти клетки соединяются вместе и образуют продолговатые паренхимные тяжи,

разделенные поперечными перегородками. Верхняя и нижняя клетки имеют по одному заостренному концу (см. рисунок 1.2, е).

Анатомическое строение древесины лиственных пород рассмотрим на примере древесины березы бородавчатой (Betula verrucosa) (рисунок 1.4).

Поперечный срез. Рассматривая поперечный срез, следует прежде всего определить границу годичного слоя по двум-трем рядам сплюснутых в тангенциальном направлении волокон либриформа. Основную часть годичного слоя представляют собой волокна либриформа. В поперечном разрезе — это мелкоклетная ткань с заметно утолщенными стенками и узкими полостями.

Далее необходимо найти сосуды, хорошо заметные среди либриформа своими более крупными отверстиями. Они примерно одинакового диаметра

(некрупные) располагаются более или менее равномерно по всему годичному слою радиальными группами по два-три. Однако встречаются как одиночные сосуды, так и группы по шесть-восемь сосудов. Очертание одиночных сосудов овальное, а в группах — многоугольное.

Следует обратить внимание на сердцевинные лучи — узкие полоски,

пересекающие поперек годичные слои древесины. Они видны на срезе в виде одного-двух или реже трех-четырех рядов клеток. Клетки вертикальной

23

паренхимы и трахеиды очень небольшие и найти их на поперечном срезе без дополнительного окрашивания почти невозможно.

Радиальный срез. На срезе как при малом, так и при большом увеличении хорошо наблюдается граница годичного слоя в виде двух-трех рядов сплюснутых клеток либриформа. Волокна либриформа на радиальном срезе — длинные клетки с заостренными концами, равномерно утолщенными стенками и довольно узкими полостями. Наряду с волокнами либриформа встречаются волокнистые трахеиды с едва заметными окаймленными порами.

Обратить внимание, что у сосудов отчетливо видны лестничные перфорации между отдельными члениками. На тонких стенках некоторых сосудов можно наблюдать очень мелкие окаймленные поры.

На радиальном срезе нужно попытаться обнаружить и клетки вертикальной паренхимы в виде удлиненных тяжей. Затем следует рассмотреть сердцевинные лучи, вытянутые перпендикулярно волокнам либриформа и сосудам. Если срез прошел строго вертикально и рассек весь луч по его высоте,

нужно сосчитать число слоев (от 1 до 50). В местах полей перекреста между сосудами и сердцевинными лучами находятся полуокаймленные поры, форма которых подобна форме окаймленных пор сосудов.

Тангенциальный срез. На этом срезе граница годичного слоя не наблюдается. Волокна либриформа видны, как и на радиальном срезе, в виде узких толстостенных клеток с заостренными концами. В их стенках можно найти щелевидные поры. У сосудов необходимо найти остатки лестничной перфорации и хорошо просматриваемые многочисленные мелкие, сомкнутые,

реже сближенные окаймленные поры. По ширине сосуда насчитывается до 12-

18 рядов пор.

При рассмотрении среза обратить внимание на веретенообразную форму поперечного разреза сердцевинных лучей. Высота их различна и может быть очень большой, ширина же невелика. Лучи часто однорядные, но встречаются трехрядные и редко четырехрядные.

24

Анатомическое строение осины и дуба. По строению древесина осины близка к древесине березы. Основная масса древесины осины также состоит из толстостенных волокон либриформа, в стенках которых имеются мелкие щелевидные косо расположенные поры. Граница годичного слоя выражена неясно. Обе породы имеют сосуды диаметром от 0,06 до 0,1 мм.

Однако у осины они более многочисленные, образуют радиальные группы,

состоящие из двух — пяти сосудов. Одиночные сосуды встречаются редко.

Основным диагностическим признаком, позволяющим различать древесину осины и березы, является строение сосудов (см. рисунок 1.2). У

осины сосуды имеют простые перфорационные пластинки с одним округлым отверстием, а у березы, как уже отмечалось, перфорационные пластинки лестничные. На стенках сосудов осины наблюдаются крупные, округлые супротивные или очередные поры. По ширине сосуда насчитывается до шести

— восьми рядов пор. Сердцевинные лучи у осины в большинстве случаев однорядные, узкие; по высоте насчитывается до 30 клеток. Волокнистые и сосудистые трахеиды в древесине осины отсутствуют.

Древесина дуба является примером древесины лиственных пород кольцесосудистого типа. В ранней древесине имеются крупные сосуды,

располагаемые кольцом вдоль границы годичного слоя. В некоторых Сосудах видны обрывки тилл. Тилла — вырост протопласта паренхимной клетки,

проникший через пару пор в полость смежного сосуда. Мелкие сосуды находятся в поздней древесине, имеют радиальное расположение, т. е. группы этих сосудов вытянуты параллельно сердцевинным лучам. Водопроводящую функцию в древесине дуба, кроме сосудов, выполняют сосудистые трахеиды,

располагающиеся как в поздней, так и ранней древесине. Волокна либриформа с сильно утолщенными оболочками и небольшими полостями. В поперечном разрезе они многогранные и плотно сомкнутые. Большинство сердцевинных лучей древесины однорядные, но имеются немногочисленные многорядные.

Они могут содержать до 30 рядов клеток. Клетки вертикальной паренхимы

25

нередко окружают сосуды и образуют прослойки среди либриформа. Они

отличаются тонкими оболочками и относительно большими полостями.

целлюлозных волокон

Микроскопическое исследование целлюлозных волокон давно уже вошло в практику не только научно-исследовательских институтов, но и заводских лабораторий целлюлозно-бумажной промышленности. Эти исследования позволяют достаточно глубоко изучить вид волокнистых полуфабрикатов,

особенности их структуры, изменения размеров волокон и содержания отдельных химических веществ в клеточных стенках при различных химических воздействиях в процессах как получения, так и переработки технических целлюлоз и других полуфабрикатов в бумагу, картон,

искусственные волокна, пленки и т. д.

При микроскопическом анализе волокнистых полуфабрикатов используют гистохимический метод, основанный, как уже отмечалось, на получении специфических окрасок древесных и целлюлозных волокон. Для окраски применяют некоторые неорганические и органические красители — малахитовый зеленый (дигидроксокарбонат меди — Сu2(ОН)2СО3, конго красный, сафранин, фуксин и др., а также перманганат калия и специальные реактивы — хлор-цинк-иод, смесь нитрата кальция и иода и др.

Приготовление препаратов окрашенных волокон. Из

технической целлюлозы и других волокнистых полуфабрикатов готовят только временные препараты с заключением в растворы реагентов, дающих специфическую окраску, или в воду.

На предметное стекло из капельницы наносят одну-две капли дистиллированной воды, в которую помещают очень небольшое количество исследуемого образца. При помощи препаровальных игл целлюлозные волокна тщательно разделяют и равномерно распределяют на предметном стекле. После

26

этого целлюлозные волокна осушают фильтровальной бумагой и на слегка влажные волокна наносят две-три капли красителя или другого реагента.

Волокна хорошо перемешивают и накрывают покровным стеклом. Покровное стекло прикладывают к предметному под острым углом так, чтобы оно касалось края капли жидкости и после этого его осторожно опускают. Капли жидкости, выступающие по краям покровного стекла, удаляют слегка смоченной фильтровальной бумагой, подводя ее к одному краю покровного стекла. Приготовленный препарат закрепляют на предметном столике микроскопа и приступают к его изучению.

1.8 Идентификация целлюлозных волокон из различных

растительных тканей

Одним из наиболее распространенных реактивов для качественной идентификации целлюлозных волокон является хлор-цинк-иод. Он относится к такому типу реагентов, которые образуют с основным компонентом

(целлюлозой) волокон окрашенные соединения, цвет которых зависит не от цвета реактива, а от свойства волокна. По окраске можно различить волокна хлопковой и древесной целлюлозы разного выхода, а также волокна древесной массы. К недостаткам раствора хлор-цинк-иода можно отнести получение различной краски (синяя или фиолетовая) в зависимости от рецепта его приготовления и ее неустойчивость на волокнах вследствие быстрого улетучивания иода из раствора. Поэтому препараты целлюлозных волокон следует готовить и рассматривать под микроскопом за сравнительно короткое время.

Небольшой образец увлажненной целлюлозы помещают на предметное стекло, тщательно раздергивают препаровальными иглами и осушают фильтровальной бумагой. На слегка влажные волокна наносят две-три капли хлор-цинк-иода, хорошо перемешивают и покрывают покровным стеклом. Для получения насыщенной окраски волокон хлор-цинк-иод дают в избытке,

27

который затем удаляют слегка увлажненной фильтровальной бумагой, подводя ее к одному краю покровного стекла.

Препараты непосредственно после их изготовления рассматривают в хорошо освещенном поле зрения микроскопа, получим достаточно резкое изображение волокон. При окраске хлор- цинк-иодом волокна принимают следующие цвета: хлопковые — винно-красный; волокна технической древесной целлюлозы — сине-фиолетовый; волокна древесной массы — золотисто-зеленый. По истечении некоторого времени волокна изменяют окраску, причем древесная целлюлоза принимает темно-синюю окраску,

хлопковые волокна синеют, а древесная масса становится бледной, почти бесцветной.

Для получения раствора хлор-цинк-иода (реактива Херцберга) сначала готовят два раствора: 50 г хлорида цинка растворяют в 25 см3

дистиллированной воды при нагревании, затем раствор охлаждают (плотность полученного раствора 1,75...1,82 г/см3); 5,25 г иодида калия растворяют в

12,5 см3 дистиллированной воды. Далее растворы смешивают, для этого к

40 см3 первого раствора при непрерывном перемешивании по каплям добавляют 14 см3 второго раствора. Полученную смесь переливают в сухой высокий цилиндр, на поверхность раствора опускают небольшой кристаллик иода и цилиндр закрывают стеклянной притертой пробкой. Раствор оставляют на 24 ч в защищенном от света месте и после отстаивания осадка сливают в бутыль из темного стекла с притертой пробкой. Готовый раствор хлор-цинк-

иода хранят не более 6 мес в темном месте.

1.9 Идентификация целлюлозных волокон, полученных

разными методами варки

Гистохимические реакции позволяют также идентифицировать волокнистые полуфабрикаты, изготовленные из древесины хвойных и

лиственных пород разными методами варки (сульфатными или сульфитными).

28

Это обусловлено тем, что в различных процессах варки химический состав волокон в результате частичной их делигнификации, а также некоторого удаления гемицеллюлоз и экстрактивных веществ, изменяется неодинаково.

Подбирая соответствующие реактивы, окрашивающие тот или другой компонент волокна, становится возможным различать волокнистые полуфабрикаты под микроскопом по внешнему виду, окраске и диагностическим (морфологическим) признакам. Для этих целей в настоящее время разработан ряд методик [4], отдельные из них приведены ниже. Следует отметить, что большинство методик не дает однозначной идентификации волокна и требует обязательной проверки результатов на заведомо известных образцах целлюлозных волокон. Особенно затруднительна идентификация целлюлоз по породному составу, так как окраски, возникающие при обработке тем или иным реагентом, являются очень близкими по оттенку. Поэтому для четкого разделения волокон из разной древесины необходимо учитывать диагностические признаки. Очень трудно различать по методу варки и беленые целлюлозные волокна.

1.10 Идентификация небеленых целлюлоз из древесины хвойных и

лиственных пород

Для идентификации небеленых сульфитных и сульфатных целлюлозных волокон, полученных как из древесины хвойных, так и лиственных пород,

используют различные методики. В основе ряда методик лежит окрашивание волокон растворами малахитового зеленого и основного фуксина,

приготовленных по различным рецептам. Оба красителя взаимодействуют с остаточным лигнином, который в зависимости от метода варки имеет разные строение и состав.

Методика анализа небеленых целлюлоз из древесины хвойных пород. На предметное стекло помещают небольшой образец целлюлозы и обрабатывают двумя-тремя каплями смеси растворов малахитового зеленого, основного

29

фуксина и соляной кислоты. Волокна тщательно раздергивают и перемешивают. Обработку производят в течение одной минуты. Окрашенные волокна переносят на ситечко и промывают водой до бесцветных промывных вод. Волокна небеленой сульфитной целлюлозы окрашиваются в темно-

малиновый или фиолетовый цвет, хорошо выделяются ярко окрашенные «глаз-

ки»— замыкающие мембраны окаймленных пор. Волокна небеленой сульфатной целлюлозы окрашиваются в сине-зеленый цвет, «глазки» отсутствуют Приготовление растворов. Для приготовления раствора мала-

хитового зеленого 2 г Сu2(ОН)2СО3 растворяют в смеси, состоящей из 80 см3

дистиллированной воды и 20 см3 96%-ного этанола. Для приготовления раствора фуксина 1 г основного фуксина растворяют в смеси 80 см3

дистиллированной воды и 20 см3 96 %-ного этанола. Перед анализом растворы малахитового зеленого и фуксина смешивают в отношении 1:2 и в смесь добавляют в первую часть 0,1%-ного раствора HCI.

Методика анализа небеленых целлюлоз из древесины лиственных пород

[4,5]. На предметное стекло помещают небольшой образец целлюлозы,

смачивают водой, раздергивают препаровальными иглами на отдельные волокна, затем осушают их фильтровальной бумагой. На волокна после-

довательно наносят равные объемы (по две-три капли) растворов основного фуксина и малахитового зеленого и волокна и тщательно перемешивают.

Окрашивание производят в течение 2 мин. Волокна переносят на ситечко и промывают водой от избытка красителя до бесцветных промывных вод.

Волокна небеленой сульфитной целлюлозы окрашиваются в красновато-

фиолетовый цвет, волокна небеленой сульфатной — в голубой.

Приготовление растворов. Для получения раствора фуксина 0,25 г

основного фуксина и 15 см3 концентрированной уксусной кислоты растворяют в 100 см3 дистиллированной воды; для приготовления раствора малахитового зеленого 0,25 г Сu2(ОН)2СО3, и 15 см3 концентрированной уксусной кислоты растворяют в 100 см3 дистиллированной воды.

30